一種煤粉輸送實時監控系統的制作方法

本實用新型涉及一種煤粉輸送實時監控系統，屬于煤粉測量技術領域。

背景技術：

燃煤電廠面臨節能增效和減低污染物排放的雙重壓力，而燃燒的精確控制起到至關重要的作用。燃燒的精確控制的關鍵在于鍋爐各燃燒器內風煤比的監測和調整。其中煤粉的質量流量是需要監測的一項重要內容。煤粉的質量流量＝煤粉的絕對濃度×煤粉的流速×輸送管道截面積。

市面出現了靜電法的探針式測量裝置，取得了一定的效果但是探針在煤粉輸送管道內耐磨性能較差，直接影響了產品的壽命；同時由于探針只是插入管道內一部分，所以不能檢測去斷面的煤粉，影響精度。為了解決以上問題，又出現了環狀的測量裝置即電極為環狀安裝在在輸煤管道的內壁，這樣解決了全斷面測量的問題，也延緩了磨損，但是出現積塵影響測量的問題，同時磨損后更換時必須停機較為麻煩。

申請公布號為CN103822223A的中國專利申請文件中公開了一種直吹式制粉系統實現煤粉均勻分配的控制系統，如該文件中的附圖1所示，包括流速監測單元，屬于利用靜電檢測流速的靜電測量裝置，該靜電測量裝置為設置在煤粉輸送管內、分布在微波檢測裝置兩側的上、下游傳感器，這兩個傳感器均為靜電傳感器，利用靜電的檢測方式實現流速的檢測；還包括濃度監測單元，為設置在煤粉輸送管內的煤粉濃度傳感器，為微波發射器和微波接收器，利用微波諧振的方式檢測煤粉的濃度。雖然該系統能夠在一定程度上檢測出煤粉的流速，但是，當煤粉輸送管的內管徑較大時，可能因為其他干擾因素而造成不同的區域對應的煤粉流速不盡相同，甚至于部分流速數據之間相差很大，因此利用該系統對流速進行檢測時，只能夠檢測某一區域的流速數據，該流速數據可能無法準確反映整個輸送管中的煤粉流速的情況，因此，該流速檢測方式的準確度較低。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種煤粉輸送實時監控系統，用以解決傳統的煤粉流速檢測方式準確度較低問題。

為實現上述目的，本實用新型的方案包括一種煤粉輸送實時監控系統，包括測量管，還包括至少兩個用于檢測煤粉流速的靜電測量裝置，每個靜電測量裝置均包括兩個設置在所述測量管內壁上的靜電探頭。

各靜電測量裝置布置在所述測量管同一軸向位置，且沿測量管周向間隔布置。

所述監控系統包括兩個所述靜電測量裝置，第一靜電測量裝置和第二靜電測量裝置沿測量管周向均勻間隔布置。

各靜電測量裝置中的靜電探頭深入測量管內壁的深度相同。

所述監控系統還包括設置在測量管內壁上的微波檢測裝置，第一靜電測量裝置由分別設置在微波檢測裝置左右兩側的第一左靜電探頭和第一右靜電探頭構成，第二靜電測量裝置由分別設置在微波檢測裝置左右兩側的第二左靜電探頭和第二右靜電探頭構成。

所述第一左靜電探頭和第二左靜電探頭的左側設置有左封波結構，所述第一右靜電探頭和第二右靜電探頭的右側設置有右封波結構，所述左封波結構和右封波結構均包括至少一對金屬封波頭，所述金屬封波頭凸出于測量管內壁設置。

所述左封波結構和右封波結構均為一對金屬封波頭，每對金屬封波頭中的兩個金屬封波頭的連線均垂直于煤粉流動方向，且每對金屬封波頭中的兩個金屬封波頭均沿著測量管的周向均勻間隔布置。

所述微波檢測裝置中的微波發射器和微波接收器設置在測量管兩側，且微波發射器和微波接收器的連線垂直于煤粉流動方向，微波發射器、微波接收器、靜電測量裝置和金屬封波頭的中心位置處于同一個縱截面上，所述左封波結構和右封波結構相對于微波檢測裝置左右對稱設置。

所述金屬封波頭凸出于測量管內壁的結構為管式結構。

金屬封波頭由固定座和金屬管體構成，所述金屬管體與固定座固定設置，金屬管體從測量管上對應的孔中伸入測量管內部，金屬管體的長度大于測量管壁厚，以凸出于測量管內壁，固定座與測量管外壁擋阻設置。

本實用新型提供的煤粉輸送實時監控系統中設置有至少兩個靜電測量裝置，靜電測量裝置包括兩個設置在測量管內壁上的靜電探頭。各靜電測量裝置能夠檢測測量管內其中一個區域的煤粉的流速數值，并且，各靜電測量裝置檢測的區域是不相同的，所以，該監控系統能夠得到至少兩個不同區域的流速數據，通過計算這些流速數據的平均值即可得到最終的流速值。因此，通過檢測多個區域的煤粉流速數據能夠得到一個較為準確的數值，這種檢測方式相較于只檢測一個區域的流速，能夠降低其他干擾因素的影響，進而降低與實際流速值的誤差，提升檢測數據的準確度。

附圖說明

圖1是微波檢測的原理示意圖；

圖2是微波發射器、接收器以及金屬封波頭在輸送管中的布置示意圖。

具體實施方式

本實用新型提供的煤粉輸送實時監控系統的基本思路在于：煤粉輸送實時監控系統，包括測量管，以及至少兩個用于檢測煤粉流速的靜電測量裝置，每個靜電測量裝置均包括兩個設置在測量管內壁上的靜電探頭。

基于上述基本思路，下面結合附圖做進一步詳細的說明。

首先，測量管可以是專門設置的、用于實現數據檢測的一段管道，也可以是鍋爐中本身就具有的一段輸送管，本實施例的監控系統中的測量管為單獨設置的管道，那么，該管道就與微波檢測裝置、靜電測量裝置等組成部分共同構成一個獨立的檢測設備，即一個完整的產品。在進行檢測時，將測量管裝配在鍋爐中，對測量管中流過的煤粉進行檢測。另外，不管是專門設置的管道，還是鍋爐本身就具有的管道，均用于流通煤粉，即用于輸送煤粉，因此，以下將測量管稱為輸送管。

然后，微波檢測裝置包括微波發射器和微波接收器。利用微波對煤粉的相關數據，比如濃度等進行測量時，基于的檢測原理如圖1所示，信號源輸出連接微波發射器3，微波發射器3發出的微波在輸送管中進行相應的傳輸，然后，微波接收器4接收到微波發射器3發出的微波，當然，微波接收器4就需要輸出連接信號處理模塊，以對微波接收器4接收到的微波進行處理，進而對煤粉的相關數據進行測量。由于微波檢測方法屬于常規技術，上述對檢測原理只進行了簡單介紹，而且數據的具體測量算法也屬于常規技術，本實施例就不再具體描述。

現有技術中的微波發射器和微波接收器通常具有以下兩種布置方式：第一種，設置在輸送管的同一側，這種設置方式雖然能夠實現測量，但是，檢測精度不高；第二種，設置在輸送管兩側，且微波發射器和微波接收器的連線(本實施例中的連線是指微波發射器和微波接收器的中心位置的連線)與煤粉流動方向傾斜一定角度，這種設置方式較第一種設置方式來說，檢測精度雖然有了一定的提升，但是，提升程度不高，檢測精度總體上還是不高。本實用新型中的微波發射器和微波接收器的布置方式可以按照現有技術中的布置方式進行布置，但是，為了增強檢測精度，本實施例給出一種布置方式，如圖1所示，微波發射器3和微波接收器4的連線垂直于煤粉流動方向，并且，設置在輸送管的兩側，即相對于輸送管軸線對稱設置。另外，微波發射器3和微波接收器4為兩個同軸的探頭。這種布置方式相較于現有技術中的兩種布置方式來說，檢測精度得到了很大地提升，同樣能夠降低微波損耗。

另外，本實施例中，微波發射器3和微波接收器4的深入輸送管內壁的一端超出內壁20mm，即可以避免探頭磨損，同時可實現全斷面的測量。

由于煤粉輸送管、微波發射器和微波接收器，以及微波檢測原理及算法均屬于現有技術，因此，本實施例重點對靜電測量裝置、金屬封波頭、微波發射器和微波接收器在輸送管中的具體布置方式進行說明。

煤粉輸送實時監控系統中的靜電測量裝置的檢測原理是利用靜電檢測方式進行檢測。監控系統包括M個靜電測量裝置，M≥2，這些靜電測量裝置可以布置在同一軸向位置，且沿測量管周向間隔布置，當然，還可以沿著軸向位置布置，當然，也不排除其他的布置方式。本實施例中，各靜電測量裝置布置在同一軸向位置，且沿測量管周向間隔布置。另外，M的數值越大，檢測出的煤粉流速數值越多，最終得到的流速數值越準確。為了便于說明，以下以具有代表性的M＝2為例進行說明。

第一靜電測量裝置由分別設置在微波發射器3和微波接收器4左右兩側的第一左靜電探頭和第一右靜電探頭構成，第二靜電測量裝置由分別設置在微波發射器3和微波接收器4左右兩側的第二左靜電探頭和第二右靜電探頭構成。并且，這兩個靜電測量裝置沿輸送管周向均勻間隔布置，也就是說，設置在輸送管的兩側。與現有技術中的靜電檢測流速的原理相同，靜電探頭均為靜電傳感器，即圖2中的靜電探頭2。如圖2所示，第一左靜電探頭和第一右靜電探頭分別設置在微波發射器3和微波接收器4的左右兩側，第二左靜電探頭和第二右靜電探頭同樣分別設置在微波發射器3和微波接收器4的左右兩側。

靜電探頭2的中心位置可以布置在同一輸送管縱截面(即經過輸送管軸線的豎向切面)上，也可以布置在不同的輸送管縱截面上，并且，微波發射器3和微波接收器4的中心位置與靜電探頭2的中心位置可以布置在同一輸送管縱截面上，當然，也可以布置在不同的輸送管縱截面上。本實施例中，為了便于說明，如圖2所示，微波發射器3、微波接收器4與靜電探頭2的中心位置布置在同一縱截面上，并且，第一左靜電探頭、第一右靜電探頭和微波發射器3處于同一側，第一左靜電探頭和第一右靜電探頭與微波發射器3的距離可根據實際要求進行設置；第二左靜電探頭、第二右靜電探頭和微波接收器4處于同一側，第二左靜電探頭和第二右靜電探頭與微波接收器4的距離同樣可根據實際要求進行設置。

第一左靜電探頭和第一右靜電探頭配合使用能夠檢測出煤粉的一個流速數據，第二左靜電探頭和第二右靜電探頭配合使用能夠檢測出煤粉的另一個流速數據，通過計算這兩個流速數據的平均值，能夠得到一個更加準確的、更加接近于煤粉實際流速的數值。另外，為了使這兩個流速數據為相對側的對應位置的流速信息，則設定這四個靜電探頭深入輸送管內壁的深度相同，即超出輸送管內壁的長度相同。

而且，該監控系統還包括有封波結構，用于形成一個微波諧振腔。封波結構包括左封波結構和右封波結構，左封波結構設置在第一左靜電探頭和第二左靜電探頭的左側，右封波結構設置在第一右靜電探頭和第二右靜電探頭的右側。左封波結構和右封波結構均包括N對金屬封波頭，N≥1。

金屬封波頭是為了形成一個微波諧振腔，通俗點講，是為了將微波封在一定的區域內，防止其泄漏到其他區域，并且，凸出于輸送管內壁設置，因此，將這種用于形成微波諧振腔的金屬結構稱為“金屬封波頭”。

因此，該監控系統總共包括有2N對金屬封波頭，金屬封波頭能夠形成一個微波諧振腔，當然，N的取值根據實際控制要求進行設置，N的取值越大，封波效果越好。在能夠形成微波諧振腔的基礎上，金屬封波頭與微波發射器和微波接收器的距離可以根據實際要求進行設定。

為了便于后續的說明，本實施例以具有代表性的N＝1為例，即左封波結構和右封波結構均為1對金屬封波頭，另外，金屬封波頭以金屬封波管為例進行說明，即金屬封波頭凸出于輸送管內壁的結構為管體結構，也稱為管式結構，當然，金屬封波頭并不局限于管體結構，還可以是其他結構形式。

如圖2所示，第一左靜電探頭和第二左靜電探頭的左側，以及第一右靜電探頭和第二右靜電探頭的右側均設置1對封波管1。對于任意一對封波管，該對封波管中的兩個封波管的連線垂直于煤粉流動方向，且這兩個金屬封波頭沿著輸送管的周向均勻間隔布置，即這兩個封波管設置在輸送管的兩側，或者稱為相對側。而且，為了提升諧振腔的強度，封波管1、靜電探頭2、微波發射器3和微波接收器4的中心位置處于輸送管的同一縱截面上，如圖2所示。另外，第一左靜電探頭和第一右靜電探頭相對于微波發射器3和微波接收器4左右對稱設置，第二左靜電探頭和第二右靜電探頭相對于微波發射器3和微波接收器4左右對稱設置。

在能夠形成微波諧振腔的基礎上，封波管1與微波發射器3和微波接收器4的距離均可根據實際要求進行設定。為了保證諧振腔的穩定性，左封波結構和右封波結構相對于微波發射器3和微波接收器4左右對稱設置。

由于封波管是固定在輸送管內壁上，一般情況下這種組合結構不易加工，并且封波管在磨損后不易維修和更換，所以，本實施例給出一種封波管的具體結構，如圖2所示，封波管與輸送管是分立元件，封波管與輸送管內壁是組合在一起的，并非在加工時直接成型。并且封波管包括兩部分，一部分是固定座，另一部分是金屬管體，固定座與管體固定設置(比如焊接)。在輸送管上、且需要設置封波管的對應位置處鉆有小孔，這些孔的孔徑略大于管體的外徑，并且管體的長度要大于輸送管的管壁厚度，這樣管體從輸送管外由對應的小孔伸入輸送管內部后，管體能夠從輸送管內壁凸出一部分。固定座的橫截面的最遠兩點的距離大于孔徑，以使固定座阻擋在輸送管外壁外，并且通過對固定座的結構設置，使固定座能夠完全遮住對應的孔。基于封波管的這種結構，首先封波管和輸送管均是獨立設備，各自均易加工，而且，封波管在磨損后可以直接從輸送管上取下，然后插入新的封波管即可實現更換，所以更換方便。另外，通過特定設置，封波管伸出輸送管內壁的長度一般不超過封波管管徑，即封波管凸出部分較短，可有效的延緩封波管的磨損，同時在金屬管體凸出部分的表面鍍耐磨涂層，以提高其耐磨能力。

另外，基于上述描述的靜電探頭2與微波發射器3和微波接收器4的位置關系，靜電探頭2還能夠形成一個微波諧振腔，將微波一定程度上封在該諧振腔中。那么，當利用微波發射器發出的微波在諧振腔中進行檢測時，能夠一定程度上降低微波向遠處泄漏的泄漏量，相應地，檢測精度就會提高。而且，封波管1同樣能夠形成一個微波諧振腔。因此，封波管1和靜電探頭2配合使用，即使左右僅有一對封波管，也能夠形成一個封鎖性較強的諧振腔，利用該諧振腔能夠很大限度地將微波封在該諧振腔中。

金屬封波頭，即封波管的封波原理為：封波管其實是一種截止波導管，根據截止波導理論，當信號頻率低于截止頻率時，電磁波被截止，不再向外傳播。由于煤粉輸送管的管道的橫截面為圓形，并且長度較長形成一個較大的波導管，并且由于輸送管管道的直徑較大，截止頻率較低(低于500MHz)，低頻情況下對煤粉微波的檢測靈敏度較低，所以必須提高截止頻率。同時管道較長情況下能量損耗也比較大，從可實現性、成本和安全性考慮，需要將微波截止在一定長度內。借鑒蜂窩式電磁屏蔽結構，在管道內的微波檢測裝置的左右兩側插入金屬封波管，進一步結合靜電探頭構成陣列式封波結構，然后根據測量微波信號的頻率范圍(1.3GHz～1.8GHz)和輸送管的管道直徑，設計封波管深入輸送管管道相應的深入長度，經試驗測試可有效減少設計頻率范圍內微波信號的傳播和能量損耗。所以，由上述可知，本實施例中的諧振腔是結合煤粉輸送管和封波管而形成的特定形式的諧振腔，不同于常規的封閉結構和中間開孔結構。

本實施例中，如圖2所示，靜電探頭2與微波發射器3和微波接收器4的中心位置所在橫截面的直線距離為L₁，封波管1與微波發射器3和微波接收器4的中心位置所在橫截面的直線距離為L₁+L₂，其中，L₁＝k₁D；L₂＝k₂D，D為輸送管管徑，k₁和k₂為設定參數，并且，封波管的超出內壁的長度L與管徑D也成特定比例，為L＝k₀D，k₀也為設定參數。通過上述幾個參數的設定，所有的封波管就形成一個特定的微波諧振腔。k₁、k₂和k₀的取值是根據實際情況進行具體設定，其中，本實施例中，k₁＝3～6，k₁的具體取值參考輸送管的管道直徑，從設備安裝和保證性能考慮：輸送管的管道直徑較小時，k₁取一個較大值，輸送管的管道直徑較大時，k₁取一個較小值；k₂＝0.2～0.5；k₀＝0.01～0.05。k₁、k₂和k₀的取值是通過頻率范圍、截止頻率、能量損耗和輸送管道的規格計算得到的，計算過程不屬于本實施例中發明點，這里就不再敘述。

在檢測時，根據上文所述，微波接收器4輸出連接有信號處理模塊，信號處理模塊根據接收到的微波信號，結合相應的檢測算法計算煤粉的濃度，信號處理模塊以及具體算法為常規技術，這里就不再具體說明。

并且，各靜電探頭也可輸出連接信號處理模塊，通過靜電檢測的方式，再結合相關算法可測量煤粉的速度(即流速)，同時通過檢測靜電信號的大小可測量出顆粒物的粒度分布信息。靜電測速的算法屬于常規技術，這里就不再具體描述。并且，在不開機時通過控制器控制微波板周期發射特定頻率段的掃頻信號，通過計算特定頻率的回波時間和微波在空氣中傳播速度可計算出管道的管徑D。

因此，通過該監控系統能夠檢測出煤粉的濃度信息、煤粉的流速信息及輸送管的管徑D，則煤粉的質量流量就能夠計算出。

另外，為了保證計算的準確性，該監控系統運行一段時間后可以修正輸送管管道內徑參數和封波管磨損情況。

上述實施例中，監控系統能夠檢測煤粉濃度和流速，其中，微波檢測裝置用于檢測煤粉濃度，靜電測量裝置用于檢測煤粉流速，當然，如果該監控系統只用于檢測煤粉流速的前提下，則監控系統中可以不設置微波檢測裝置。

以上給出了具體的實施方式，但本實用新型不局限于所描述的實施方式。本實用新型的基本思路在于上述基本方案，對本領域普通技術人員而言，根據本實用新型的教導，設計出各種變形的模型、公式、參數并不需要花費創造性勞動。在不脫離本實用新型的原理和精神的情況下對實施方式進行的變化、修改、替換和變型仍落入本實用新型的保護范圍內。